现代缸内直喷式汽油机(二)
缸内直喷技术(新技术) ppt课件
TSI
• 在国外大众的1.4T发动机上以及进口发动机，TSI代 表的是Twincharger Fuel Stratified Injection这几个单 词首字母的缩写，可以理解为双增压+分层燃烧+喷 射。
• 国内生产的1.4T发动机则省掉了机械增压和分层燃烧
，仅保留了涡轮增压和缸内直喷。
• 大众1.8/2.0TSI中的“TSI”则代表着Turbo Fuel Stratified Injection,可以理解为涡轮增压+分层燃烧+ 缸内直喷的意思，不过国内则省掉了分层燃烧。
传统多点燃油喷射
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2
在对能源和环保要求日趋严格的今天，传统多点燃 油喷射技术已不能满足人们要求，于是更为精确的燃油
喷射技术诞生，那就是缸内直喷技术。
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3
•
汽油机直喷技术是指发动机采取和柴油机相同的
喷射工作方式，直接向气缸内喷射汽油。因此也有人
认为汽油直喷技术就是将柴油机的形式移植到汽油发
• 稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段。缸内直喷汽 油机稀薄燃烧技术可以分为均质稀燃和分层燃烧两种燃烧模 式。
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在火花塞间隙周围局部形成具有良好着火 条件的较浓混合气（12~13.4），在燃烧室大 部分区域是较稀混合气，两者之间为了有利于 火焰传播，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀 逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧。
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2、进气歧管翻板关闭时的均匀燃烧
在发动机转速低于3750 转/分 或发动机负荷低于40% 时， 进气歧管翻板是关闭的。 下部进气道被封闭，于是被吸 入的空气就会通过上部进气道 加速后呈紊流状流入燃烧室， 利于混合气的形成与雾化。
缸内直喷see
（2）三菱GDI基础技术 总体来说，三菱公司是采用了四个关键技术来实现 GDI的。立式吸气口使最理想的气流进入气缸；弯曲顶 面活塞通过对燃油空气混合气定形来控制燃烧；高压燃 料泵提供了缸内直接喷射的必要压力；而高压旋转喷射 器控制了燃料喷雾的蒸发和扩散。 这些基础技术与其他燃料控制技术的结合让三菱的GDI 发动机实现了低燃油消耗以及高功率输出。在下文将分 别进行详细介绍。
2.燃油供给系统的组成
1)低压油泵 低压油泵是电动泵,并联一个机械式燃油压力调节器,出口 压力为0.35MPa. 2)高压油泵 高压油泵由发动机的凸轮轴驱动在0.35MPa基础上将油压 提高到12MPa. 3)燃油蓄压器 用铝制成管状,上有用于连接高压油泵、喷油器、燃油 压力传感器和燃油压力控制阀。 4）燃油压力传感器 用于测定燃油蓄压器中的压力，测量电阻采用薄膜技术。
3.控制策略
1)按工况区分控制模式 GDI之所以能节油20％，主要是低 工况范围无节流损失的超稀薄燃烧，采用充气分层，而充气分 层离不开推迟喷油的配合。高工况范围恰恰相反，强调的是提 高转矩和功率，必须采取略稀或λ≤1的混合气。
2)转矩控制策略 低工况加速质调节 高工况加速量调节
3)模式切换策略 低工况质调节和高工况量调节两种模式间的切换需要进行 控制。 （1）切换前，节气门必须先关闭，进气压力下降，A/F↓， 此时必须避开A/F=19～23的禁区，质调节在A/F＜22（λ＜1.5） 左右时会产生黑烟;而采用变量调节时A/F超过19 （λ=1.3） 左右时会发生燃烧不稳定甚至缺火 .所以切换点要增加喷油量, 使A/F突变,迅速越过上述禁区 （2） A/F突然↓会使转矩突然↑，为使转矩保持恒定，必 须减小点火提前角，以抵消影响。
HC排量不高，在第2个工作循环时即可正常运转。
现代燃油直喷燃烧技术将引领车用发动机市场
系统 ， 虽然名字 不同 ， 但它们 都代表 了汽 油缸 内直喷 。
旦这一新理论在 实践得到应用 ， 以预见 ， 后的 可 今
发动机会更加高效、 更加清洁， 汽车的使用将更加安 全 且有利于环保 。
２ 直喷技术 能均 匀燃烧和分层燃烧 ．
说， 空燃 比是 １． １ ４ ７： 的混合气集中在火花塞周围， 在燃烧室的其他 部分则足纯净 的空气。混合汽层的 大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。 在
分 层燃烧 时，直 到压 缩行 程 时才喷 射燃油 ，油雾 直
接进入燃烧室中的空气 ，而喷油就发生在点火前瞬 问。分层燃烧时 值达到 ４ ，可见发动机在中、低 速 时燃 油 足多么 节 省 。另一个 优 点是 ，在 燃烧 时空 气层 隔绝 了热 ，减 少 了热量 向气缸 壁 的传 递 ，从 而
料的燃烧 ， 化学能转化 为热 能 ， 把 再将热 能转化 为机
燃 油得到 完全雾 化 ，使混 合气 均匀地 充满燃 烧室 ， 自然 会得 到充 分 的燃 烧 ，使 发动机 动力得 到淋漓 尽
致的发挥 。 在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相
同的空 气 与燃 油 混合 比，即 空燃 比是 １． １ ４７： ，此
械能的热动力机械 。内燃机是热效率最高的热力机 械，但仍存在着 巨大的节能及降低尾气污染的潜力。 对于量调节 式的汽油机而 言，在部分 负荷 时， 因节 会 气门开度小而造成发动机的泵气损失大， 从而降低发
动机 的机械 效率 ， 响到经 济性 。 影 取消节气 门就是提 高汽油机 经济性 的最根 本措施 。 由于 目前的汽 油机 但
时的 值是 １ 。而燃油的蒸发又使混合气 降温 ，去
缸内直喷简介
因此，在大负荷工况时，一个工作循环中，喷 因此，在大负荷工况时，一个工作循环中， 油器发生两次脉冲信号， 油器发生两次脉冲信号，必须是用瞬时高电压 和大电流“峰值保持型”驱动方式（ 100～ 和大电流“峰值保持型”驱动方式（用100～ 110V和17～20A打开 110V和17～20A打开） 。 打开） 两次喷射”也可在起动工况、 “两次喷射”也可在起动工况、急加速工况出 以调节空燃比A/F的大小 改善使用性能。 的大小， 现，以调节空燃比A/F的大小，改善使用性能。 可见，只有在等速稳定工况行驶，才能节油。 可见，只有在等速稳定工况行驶，才能节油。
检测方法： 检测方法： 可燃混合气较浓， （1）在小负荷工况时 可燃混合气较浓，输出 ）在小负荷工况时—可燃混合气较浓 电压应为0.66v左右；在中等负荷工况时 可燃混 左右； 电压应为 左右 在中等负荷工况时—可燃混 合气较稀，输出电压应为3.3v左右。 左右。 合气较稀，输出电压应为 左右 （2）连续地快速加减油门踏板，输出电压应连 ）连续地快速加减油门踏板， 续的变化，反应时间应为1.1s为好（与传统数据 为好（ 续的变化，反应时间应为 为好 相近， 相近，10s＞8次）。 ＞ 次 3）宽带氧传感器，也有多组故障代码， （3）宽带氧传感器，也有多组故障代码，如： P1133—A/F传感器反应速度过慢； 传感器反应速度过慢； 传感器反应速度过慢 P0171—混合气稀。等等 混合气稀。 混合气稀 等等----
5、高压旋流式喷油器— 高压旋流式喷油器— ECU直接用脉冲电流 由ECU直接用脉冲电流 的宽度， 的宽度，控制喷油量的多 利用特殊的喷孔形状， 少，利用特殊的喷孔形状， 向气缸内喷出旋转的雾状 燃油， 燃油，与挤压涡流快速的 混合，以便点火燃烧。 混合，以便点火燃烧。它 没有进气管沉积油膜的缺 又因喷油压力较高， 点，又因喷油压力较高， 喷油器的自洁功能高， 喷油器的自洁功能高，不 易产生脏堵故障。 易产生脏堵故障。
汽车发动机原理论文
汽车发动机的基本构造及工作原理季宏宇（地址乌海职业技术学院邮箱016000 ）摘要:本文概括了现代汽车发动机的基本构造和工作原理。
包括四冲程发动机、汽油喷射系统的工作原理、润滑部位和润滑油路、冷却系的工作原理等。
还简略介绍了发动机汽缸的组成及影响：汽缸体、汽缸对数、活塞、缸内直喷技术等。
发动机的工作原理是将某种能量转化为机械能的一种机器。
其作用是将液体或气体燃烧的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力，不断循环从而带动汽车的轮轴，形成了汽车的动力来源。
关键词：汽车发动机气缸机械能（一）现代发动机的构造发动机是将某一种型式的能量转换为机械能的机器，其作用是将液体或气体燃烧的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。
发动机是一部由许多结构和系统组成的复杂机器，其结构型式多种多样，但由于基本工作原理相同，所以其基本结构也就大同小异。
汽油机通常由曲柄连杆、配气两大机构和燃料供给、润滑、冷却、点火、起动五大系统组成。
柴油机通常由两大机构和四大系统组成（无点火系）。
1．曲柄连杆机构是由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。
这是发动机产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。
2．配气机构是由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等组成。
其作用是将新鲜气体及时充入气缸，并将燃烧产生的废气及时排出气缸。
3．燃料供给系可分为汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。
汽油燃料供给系又分化油器式和燃油直接喷射式两种，通常所用的化油器式燃料供给系由燃油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气歧管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给已配好的可燃混合气，并控制进入气缸内可燃混合气数量，以调节发动机输出的功率和转速，最后，将燃烧后废气排出气缸。
柴油机燃料供给系由燃油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、进排气管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给纯空气并在规定时刻向缸内喷入定量柴油，以调节发动机输出功率和转速，最后，将燃烧后废气排出气缸。
缸内直喷式汽油机燃烧特性分析
社 ,1986
环变动率较小 , 在
5 %左右 , 发动机运
转十分平稳 。从图
中可以看出 ,随着负 荷的增加 ,循环变动
图 2 发动机循环变动率
率降低 。这是因为当负荷增加时 ,循环供油量增加 ,
混合气变浓 ,火焰传播速度加快 ,降低了循环变动 。
从图中还可以看出 ,随着转速的增加 ,循环变动出现
了先增加后降低的趋势 。当转速较低时 ,采用分层
(1) 缸内直喷式汽油机的最大燃烧压力要高于 传统化油器式汽油机 ,最大压力升高率与传统化油 器式汽油机相当 ,且最大压力升高率所在的曲轴转 角在 5～10°CA A TDC 之间 ,处于较为理想的位置 , 燃烧具有较好的定容度和较高的热效率 ,能实现低 噪声柔和运转 。 (2) 缸内直喷式汽油机的燃烧循环变动在 5 % 左右 ,发动机运转十分平稳 。
燃烧的方式 ,火焰能否快速稳定地传播依赖于混合
气的浓度分布 ;当转速增加时 ,缸内气流运动增强 ,
导致火花塞间隙附近混合气浓度和气流速度的变动
增加 ,使循环变动加大 ;当转速进一步增加时 ,发动
机采用均质混合气预混燃烧的方式 ,混合气在缸内
均匀分布 ,因此缸内气流运动的增强能加快火焰的
传播速度 ,可以降低循环变动 。
(3) 缸内直喷式汽油机采用均质预混合燃烧时 , 曲线的形状与传统的预混和汽油机的放热率曲线完 全一致 。
(4) 采用分层燃烧 ,当转速和负荷较高时 ,与传 统的预混和汽油机的放热率曲线相似 ,但是燃烧初 期速率明显要高于传统的预混和汽油机 ;当转速和 负荷较低时 ,瞬时燃烧率曲线存在类似柴油机燃烧 率曲线的双峰 ,存在比较明显的扩散燃烧 。
缸内直喷技术
2、汽车发动机新技术---缸内直喷式
近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。
汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气混合方式和机理的变迁为标志的。
早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。油气混合比(空燃比=进气空气质量/燃油质量)取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的，因此属于混合汽外部形成的量调节方式，且没有任何反馈控制。由于汽油-空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。
既然油气混合物能有如此惊人的杀伤力，那在汽车上引入显然也会获得更高的动力和更省油的表现。根据云爆弹原理，大众为高压泵设计了一个非常精巧的结构，通过进气阀的凸轮轴来为油泵提供动力，这样很好的解决了油泵和进气阀之间的正时问题，也提高了燃油效率；同时作为一个纯机械的结构，这个高压泵具备了非常高的可靠性，大众（博世）甚至还设计了一个内部保护回路防止油压过高。可惜的是，大众和博世的设计尽管确保了机械自身的可靠性，但高压燃油轨(Rail)里的高压燃料是无法保护的，为了保证发动机运转的顺畅性，燃油轨中必须保持一定的压力。这个在平时是没有问题的，问题就出在了碰撞上。当发动机受到巨大的外力撞击时，位于发动机前部的高压共轨喷射系统就成了发动机首先受到撞击的部分。
技术分析——缸内直喷技术到底牛在何处
机需要 随时调整空燃 比例等特点。 目前大多数发动机所采用 的是多点喷射供油系 统 ，这一系统的特点是能够通过电脑 自动侦测发动 机温度 、 进气流量 、 转速变化、 震动状况 ， 并依照实 际 需求调整供油量与点火时间 ，因此排除了早期化油 器技术带来 的燃油燃烧不充分 ，在冷启动和怠速运 转过程 中产生黑烟和马力不足 的问题 。但多点喷射
动机的叫法不 同， 但原理上异 曲同工。其中 ，Ｓ 发 ＦＩ
动 机进 人 中 国市场 较 早 ， 初 由于一 直 被搭 载 于 奥 起
迪 的高端车型上 ， 因此也塑造了缸 内直喷发动机技 术的高端形象。 得益于 Ｆ Ｉ Ｓ 发动机的前期造势 ， 作为 市场跟进者 的 ＳＤ 双模直喷发动 机一上市０ ０８ １ 总 ３
技 术 纵横
３ ９
蛆 国 —一匝 国宜哂船 勖囤０瘟徊
陈 玉斌
汽车技术诞生的百余年 中，发动机作为核心一 直在不断突破 ，但其技术更新远不如车型风格演变 那样简便 ， 往往十数年都难以有大的进展 ， 就好像一 些车型引以为豪 的 Ｖ Ｔ可变正时气门技术 ， Ｖ 其实也 已经是上世纪的产物 。 而近年来 ， 欧美的汽油缸 内直
第三 次 革命 也诞 生 了迄 今 最 牛 的汽 油 发 动 机技
术—— 缸 内直 喷 。
内油气的量不会受气 门开合 的影响 ， 而是直接 由电 脑 自动决定喷油时机与份量 ， 至于气 门则仅掌管空 气的进入时程 ， 两者则是在进入到汽缸 内才进行混 合的动作 。由于油 、 气的混合空问 、 时间都相当短 暂， 因此 缸 内直 喷 系统 必 须 依靠 高 压 将燃 油 从 喷 油 嘴压入汽缸 ， 以达 到高度雾 化的效果 ， 而更好 的 从 进行油气混合。其中混合油气的压缩 比越高的发动 机 ， 的动力 表 现 越强 大 ， 应 的节 能 效 果越 明显 。 它 相
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现代缸内直喷式汽油机(二)(接上期)2缸内直喷式汽油机的发展历史在内燃机出现的早期，即20世纪初，人们就已对汽油喷射方式进行过研究。
1900年德国Deutz公司就曾经生产过汽油喷射的固定式发动机。
以后，汽油喷射的应用范围逐步转移到活塞式航空发动机上。
二战前夕的20世纪30年代，德国已开始用Benz和BMW公司的汽油喷射发动机装备军用飞机。
航空发动机采用汽油喷射技术所取得的成果，自然也引起了人们将其应用到汽车上的兴趣。
但是，当时并没有对化油器式汽油机的燃烧方法做重大改动。
通常是为了提高汽车发动机的功率，往往仅在现有的汽缸盖结构基础上，为配备直接喷射喷油器而进行相应的修改，因此开发的重点侧重于喷油装置及其调节。
1938年德国空军研究所(DVL)和Bosch 公司合作，首先致力于汽车二冲程缸内直喷式汽油机的研究，并完成了装车试验。
Daimler Benz公司也于1939年推出了专供赛车使用的四冲程缸内直喷式汽油机。
直到1952年汽油直接喷射才首次批量应用于汽车，Gutbrod公司首先使用Bosch公司提供的机械控制式汽油喷射系统批量生产装有二冲程缸内直喷式汽油机的轿车，因二冲程汽油机采用缸内直接喷射之后可避免扫气过程中的燃油损失，与当时的化油器汽油机相比，其燃油耗节约了25％～40％。
1954年Benz 公司首次推出了排量为3.1L的四冲程直立6缸M198缸内直喷式汽油机(图5和图6中)，搭载于300SL型轿车。
虽然1934年德国就开始研究如何通过把燃油直接喷入燃烧室而得到不均匀的混合汽，即分层充量。
在20世纪50-60年代，美国Texaco公司也推出了TCP(Texaco Combustion Process)燃烧系统以及1968年Ford公司推出的PROCO(Ford-Programmed Combustion Process)燃烧系统(图6右)，立足于节能减排，力求通过分层稀薄燃烧方式来提高压缩比，使汽油机在保持本身优点的前提下，在燃油经济性方面达到或接近柴油机的水平。
但是，由于缸内直喷式汽油机既有喷油系统又有点火系统，结构较为复杂，成本也较高，同时在燃烧室内实现分层燃烧的调试比较困难，开发费用大，再加上当时尚缺乏供稀薄燃烧用的NOx后处理技术，因此一直到20世纪80年代末，汽油机缸内直喷分层稀燃技术仍未进入实用阶段。
随着内燃机技术的进步，特别是基于微电子技术的计算机技术的迅速发展，为汽油机缸内直接喷射技术的重新发展提供了前提条件。
同时迫于节能和环保要求日益严格的压力，也对汽油机缸内直接喷射寄予新的期望而再次提上议事日程。
因而20世纪90年代各国纷纷加强了对汽油机缸内直喷技术的研究，至1996～1997年日本三菱和丰田公司率先相继将其开发的缸内分层稀燃直喷式汽油机投入批量生产。
特别是最近10来年，欧洲在Bosch等燃油喷射系统专业生产厂商的汽油缸内直接喷射系统日趋成熟和完善的基础上，各大汽车公司，诸如大众和BMW等，不断推出了动力性能优异、节油效果明显并达到欧4／欧5排放标准的新款缸内直喷式汽油机轿车，标志着汽油缸内直喷技术，无论是在喷油系统、缸内空气运动和燃烧过程的组织及其调试方面，还是在电子控制系统和废气后处理系统方面都已相当成熟。
开始进入蓬勃发展的崭新阶段。
与此同时，大众公司已在我国大连设厂开始批量生产缸内直喷式汽油机，供应一汽大众和上海大众轿车，与欧洲同步推出新车型供应国内市场。
因此，对于我国汽车维修行业来讲，这种技术含量颇高的节能减排的新车型，既为拓展维修市场空间提供了新的机遇，也对知识的更新和提高维修技术提出了新的挑战。
第二篇基本原理和结构特点1缸内直喷式汽油机的工作原理1.1混合汽的形成与调节方面的基本要求及特点人们在发展现代汽油机缸内直喷技术时，力图综合传统汽油机和柴油机两方面的优点。
众所周知。
柴油机按狄塞尔(Diesel)循环工作，即采用压燃和混合汽质调节方式工作。
其燃油经济性明显优于汽油机。
而汽油机则采用奥托(Otto)循环工作，混合汽进行量调节，过量空气系数(实际空气量／燃油按化学计量比燃烧所需空气量=空燃比／14.7)小，实现均质预混合燃烧，其动力性能指标，即升功率要高于柴油机。
而在柴油机中进行的是非均质混合汽扩散燃烧，尽管总体上过量空气系数λ>1，但混合汽中仍存在局部缺氧的情况，以至于形成了柴油机特有的碳烟与颗粒排放，这在缸内直喷式汽油机中，特别是在分层混合汽燃烧过程中的浓混合汽区域要尽量避免出现类似的情况。
为了扬长避短，综合汽油机和柴油机两方面的优点，要求在现代缸内直喷式汽油机中，如图7所示。
在部分负荷时燃油于压缩行程后期喷入，实现混合汽分层稀薄燃烧(过量空气系数λ≥1.9～2.2)，并采用混合汽调节，以避免节气门的节流损失，力求达到与柴油机相当的燃油经济性；而在中等直至高负荷时，燃油在进气行程中喷入，根据运行工况的需要，实现均质稀薄混合汽燃烧(λ=1.3～1.4)或均质燃烧(λ=1.0)或均质加浓混合汽燃烧(λ提高6％～10％，燃油耗降低6％，并达到欧4排放标准(将在本文后续中的国内外典型机型章节中予以专门介绍)。
大众公司在我国大连生产的直喷式汽油机，也就是因我国市场目前暂时无法供应低硫汽油以及缺乏维修经验的实际情况而将原来的分层混合汽燃烧过程改为均质混合汽燃烧过程。
2006年，BMW 公司开发的335i-3.0L轿车上搭载的直喷式汽油机也采用均质混合汽运行，从而在喷油量跨度较大的涡轮增压机型上能够采用每循环多次喷射的策略。
在小负荷工况时只需进气行程期间的单次喷油就足以获得均匀的油气混合汽，而在低速高负荷运转工况时，在进气行程期间将喷油量分成2次或3次喷射，这样就能够在尽可能少湿壁的情况下获得非常均匀的油气混合汽，图8示出了其在发动机特性曲线场范围内多次喷射的应用情况，其燃油耗也要比相应的进气道喷射机型低10％，而且废气排放也能得到明显的改善。
特别是在冷启动后采用2次喷油策略，第一次在进气行程喷油，第二次在压缩行程喷油，此时只要不损坏发动机的运转平稳性，点火时刻可以明显延迟到点火上止点后。
从而使废气温度提高200℃以上，大大加快催化转化器的加热，使NOx和HC排放明显降低，可比采用单次喷油时低大约30％(图9)。
此外，应当指出，分层混合汽运行并不是减少换气过程泵气损失的唯一途径，可变气门正时也可以减少这种损失。
如果均质混合汽燃烧的直喷式汽油机与可变气门正时装置(VVT)结合起来。
其燃油耗可与分层混合汽燃烧系统相当。
1.2燃烧系统的基本要求和特点如何有效而稳定可靠地实现部分负荷时缸内混合汽的分层与稀薄燃烧是缸内直喷式汽油机成功的关键技术。
按照混合汽分层的机理，现代缸内直喷式汽油机的分层燃烧系统大体上可分为喷射油束引导、壁面引导和空气气流引导三种，图10示出了这些燃烧系统的结构型式。
它们在混合汽的形成及其向火花塞的输送以及充量运动的产生等方面的设计思想存在着很大的不同，而喷油器和火花塞的空间布置不仅影响气缸盖的结构，而且也影响形成可供点燃的混合汽的时间和区域，因而对燃烧过程产生重大的影响。
(1)喷射油束引导喷射油束引导的燃烧过程(图10左)由于喷油器和火花塞布置得非常紧凑，直接位于喷射油束的边缘，混合汽向火花塞的输送实际上仅依靠喷射油束的能量，在不同的发动机负荷即不同的喷油量时，获取形成混合汽所需的空气是通过调节喷射油束的物理参数――贯穿深度来实现的，而充量运动和燃烧室的几何形状的影响较小。
同时，由于火花塞与喷油器之间的间距较小，其燃烧过程可用于混合汽形成的时间非常短，使得只有非常少的混合汽能够可靠地点燃，因而其分层燃烧的能力极为有限，而且混合汽的点燃是在一个过量空气系数具有很大梯度的范围内实现的，因而对于局部过量空气系数的波动(例如因喷射油束的差异)反应极其敏感。
其燃烧过程强烈地依赖于喷射油束的形状及其特性的误差。
另一方面，喷射油束对火花塞的直接撞击，不仅会导致采用普通电极材料的火花塞寿命缩短，而且还出现了难以解决的火花塞易于积胶等方面的问题。
此外，这种喷射油束引导的燃烧系统由于喷油器必须紧靠火花塞，至少在四气门汽油机的情况下，还带来一个附加的缺点，即会明显地减小气门尺寸。
(2)壁面引导对于壁面引导的燃烧过程(图10中)，喷油器与火花塞彼此之间的间距较大，此时燃烧室壁面(由燃烧室凹坑的几何形状来调整)将喷射的燃油导向火花塞，同时进气道和燃烧室凹坑几何形状所产生的充量运动(滚流或涡流)起到了辅助作用。
在这种燃烧过程中，在着火之前有较长的混合汽准备时间，因此能够在较大的区域内形成可点燃的空燃混合汽，从而使得这种壁面引导的燃烧过程对喷油的误差并不敏感。
(3)空气气流引导空气引导的燃烧过程(图10右)主要是依靠充量运动(滚流或涡流)将燃油中已准备好的气态部分从喷射油束输往火花塞，并且还必须确保在喷射油束和充量运动的共同作用下，在发动机负荷／转速特性场的宽广范围内，获得足够多的充量分层和混合汽均质化。
虽然根据混合汽形成的机理按上述方式来分类，但是实际上存在着各种方式相互交叉的情况，其中各种因素并存且相辅相成，需应用这些机理的组合效应来达到充量分层的效果，并确保其稳定可靠地运行。
例如壁面引导和空气气流引导两种机理往往是无法分离而独立存在的，只仅是以一种机理为主而另一种机理为辅，起到相互支持的效果。
特别是进气道和燃烧室凹坑几何形状所产生的充量运动(滚流或涡流)，不仅能在充量分层时起到主导作用，而且强烈的充量运动在晚些时候蜕变成较小幅度的涡流，它们有助于混合汽的均质化以及随后燃烧过程中的物质交换，促进充量的完全燃烧。
以大众Lupo轿车1.4L-FSl分层稀燃直喷式汽油机为例，图11示出了其燃烧系统的原理图。
活塞顶面有两个特殊造型的导向坑，确保在分层稀燃(FSI)燃烧过程中获得所期望的燃油壁面导向和空气气流导向的组合效应。
图12是用计算流体动力学(CFD)方法得到的气流和燃油喷射的计算结果，清晰地显示了这种组合效果。
借助于气流导向坑的形状特别是以其流出角所形成的气流，使燃油喷束在撞到燃油导向坑背风面之前首先受到制动。
由于进气空气滚流和喷油的这种相互作用，使喷出燃油中的一小部分在上止点前55°CA就已形成了很好的混合汽。
处在燃油导向坑背风面的燃油到达坑的底部，并从那里转向火花塞方向(上止点前49°CA)。
这部分燃油从燃油导向坑离开以后，被气流导向坑上方一直存在的空气滚流挤向火花塞，使得到点火时刻在火花塞下方已准备好了良好的空燃混合汽，以确保稳定可靠地点燃(上止点前30°CA)。
此外，由于滚流的强度随转速而增强，因此诸如喷油压力和喷油定时等喷射参数必须作相应的调整来适应工况的变化，以保持空气气流、喷射油束和燃烧室几何形状三者之间良好的配合。